自主型胶囊机器人能够安全、有效地对胃肠道疾病进行无创诊疗,成为医疗微型机器人发展的重要里程碑。体外磁驱动无线胶囊机器人,实现非接触驱动和主动控制,可以进行方向和姿态的调整,成为具有重要应用前景的研究项目。胶囊机器人具有独特的花瓣廓形,通过对瓦片表面流体特性的深入分析,得到廓形结构对驱动性能的影响。实际情况下,胶囊机器人瞬时空间位置不稳定,因此本文对胶囊机器人的偏心运动特性进行拓展研究。首先,提出一种刚性花瓣状胶囊机器人,花瓣凸起廓形与管内壁形成多个收敛的楔形空间,流体运动路径改变而产生多楔形效应。简要介绍胃肠道组织的粘弹性和生物力学特性,为胶囊机器人的主要技术指标提供依据。提出三轴正交亥姆霍兹线圈加载同频谐波电流叠加产生空间万向旋转磁场的技术方案,驱动胶囊机器人沿任意方向运动。然后,对花瓣状胶囊机器人的多楔形效应进行理论分析,以胶囊机器人单个花瓣瓦片伸展面为研究对象,分析表面流体速度以及间隙特征,建立了通用压力模型。利用数值积分法求解机器人稳态游动速度,同时建立了机器人径向平衡力矩方程,使用matlab分析软件编程求解胶囊机器人各结构参数对液体摩擦阻力距的影响。进行花瓣状机器人与等效圆柱机器人驱动性能的对比分析,以花瓣状机器人的平均液体动压力和稳态游动速度分别为单目标函数对廓形进行优化设计,合理选择花瓣廓形,充分发挥多楔形效应的作用,提高机器人非接触的驱动性能。根据理想情况下胶囊机器人花瓣廓形的流体动压特性,建立了胶囊机器人偏心运动情况下的油膜厚度数学模型,利用油膜的刚度系数和阻尼系数来判断机器人游动时的稳定性问题。最后,在管道内充满硅油的环境下,进行了胶囊机器人水平、倾斜、螺旋转弯的驱动试验,验证了万向旋转磁场驱动控制的可行性。最后在离体猪大肠和羊肠内进行直线行走试验,验证了机器人对肠道非结构化环境的运动通过性,取得良好的试验效果。